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探秘全球首颗量子卫星——“墨子号”

导读: 16日凌晨,被命名为“墨子号”的中国首颗量子科学实验卫星开启星际之旅。它承载着率先探索星地量子通信可能性的使命,并将首次在空间尺度验证量子理论的真实性。

  OFweek电子工程网讯 16日凌晨,被命名为“墨子号”的中国首颗量子科学实验卫星开启星际之旅。它承载着率先探索星地量子通信可能性的使命,并将首次在空间尺度验证量子理论的真实性。

  在量子卫星首席科学家潘建伟院士看来,如果说地面量子通信构建了一张连接每个城市、每个信息传输点的“网”,那么量子科学实验卫星就像一杆将这张网射向太空的“标枪”。当这张纵横寰宇的量子通信“天地网”织就,海量信息将在其中来去如影,并且“无条件”安全。

  探秘全球首颗量子卫星——“墨子号”

  信息安全的“终极武器”

  量子科学,对绝大多数人来说十分高冷。但当它与信息技术相连,就与我们每个人息息相关。当今社会,信息的海量传播背后也充斥着信息泄露的风险。而量子科学则为信息安全提供了“终极武器”。

  在物理王国里,量子理论是一个百岁的“幽灵”,爱因斯坦也曾被它的“诡异”所困扰。

  在量子世界中,一个物体可以同时处在多个位置,一只猫可以处在“死”和“活”的叠加状态上;所有物体都具有“波粒二象性”,既是粒子也是波;两个处于“纠缠态”的粒子,即使相距遥远也具有“心电感应”,一个发生变化,另一个会瞬时发生相应改变……

  正是由于量子具有这些不同于宏观物理世界的奇妙特性,才构成了量子通信安全的基石。在量子保密通信中,由于量子的不可分割、不可克隆和测不准的特性,所以一旦存在窃听就必然会被发送者察觉并规避。

  “传统的信息安全都是依赖于复杂的算法,只要计算能力足够强大,再复杂的保密算法都能够被破解。量子通信能做到绝对安全,是由量子自身的特性所决定的,计算能力再强也破解不了,因此它是革命性的,可从根本上、永久性解决信息安全问题。”潘建伟说。

  量子通信系统的问世,点燃了建造“绝对安全”通信系统的希望。当前,量子通信的实用化和产业化已经成为各个大国争相追逐的目标。

  在量子通信的国际赛跑中,中国属于后来者。经过多年的努力,中国已经跻身于国际一流的量子信息研究行列,在城域量子通信技术方面也走在了世界前列,建设完成合肥、济南等规模化量子通信城域网,“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网也即将竣工。

  然而,这只是开始。“在城市范围内,通过光纤构建城域量子通信网络是最佳方案。但要实现远距离甚至全球量子通信,仅依靠光纤量子通信技术是远远不够的。”潘建伟说。

  他解释说,因为量子的信息携带者光子在光纤里传播一百公里之后大约只有1‰的信号可以到达最后的接收站,所以光纤量子通信达到百公里量级就很难再突破。但光子穿透整个大气层后却可以保留80%左右,再利用卫星的中转,就可以实现地面上相距数千公里甚至覆盖全球的广域量子保密通信。

  另外,诞生百年的量子理论的奇妙之处在实验室里被不断重复检验,但却从未在太空尺度验证过。量子理论的各种奇异现象在太空中是否还存在?量子纠缠和隐形传输是否可以延伸到星地之间?这些都需要卫星去验证。

  2011年,中科院正式启动全球首颗“量子科学实验卫星”的研制,这既意味着中国科学家率先向星地量子通信发起挑战,更意味着中国或将领先欧美获得量子通信覆盖全球的能力。

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责任编辑:Trista
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